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运用分散式声波感测技术,科学家首度将海底光缆变成地震仪

作者: 2020-02-24收藏:931

监测世界各地的地震活动是重要的任务,但这需要设备架设在现场测量,若在大海中央就会变得困难。加州大学柏克莱分校的新研究可把现有海底光缆变成地震仪网路,进而为地球构造运动提供前所未有的宏观视野。
运用分散式声波感测技术,科学家首度将海底光缆变成地震仪

地震学家几乎所有的资料都来自陆地仪器,这意味着我们对地震活动的了解仅限于地球表面的三分之一。我们甚至不知道所有断层在哪里,因为没有对海床进行彻底研究或长期监测。

「我们对海底地震学有着巨大的需求,」首席作者 Nathaniel Lindsey 在柏克莱的新闻发表会指出:「任何架设在海中的仪器,即使离岸 50 公里,都非常有用。」

当然,没有这样做的原因是很难安置、维护并取得水底长期地震作业所需的精密仪器。但如果已经有现成的仪器在现场等着我们使用,又会是什幺情况呢?这就是 Lindsey 和同事研究海底光缆时追求的想法。

将 20 公里长电缆分成 1 万段,以便侦测每段表面的轻微移动

这些光缆进行长距离资料传输,有时当作网际网路骨干,有时是私有网路的一部分,但都有共同点,就是都用光传输资料。如果电缆移动或改变方向,光就会散射和扭曲。

仔细观察这种「背向散射」(backscatter)现象,就能準确看到电缆弯曲的位置和程度,有时弯曲程度只有几奈米而已。这意味着研究人员可经由电缆观察,以极高的精準度找出地震活动的来源。

这种技术称为分散式声波感测(Distributed Acoustic Sensing,DAS),本质上是把电缆当作成千上万个独立动作感测器。团队测试的 20 公里长电缆(下图粉红色),是属于蒙特雷湾水族馆研究机构(Monterey Bay Aquarium Research Institute,MBARI)的水下资料基础设施,分成约 1 万段,以便侦测到每段附着表面的最轻微移动。

(Source:柏克莱加州大学)

「这确实是地震学的尖端研究,这是第一次有人透过离岸光缆来观察这些类型的海洋讯号或将断层结构描绘成像,」柏克莱国家实验室 Jonathan Ajo-Franklin 表示。

将 MBARI 机构的电缆连结到 DAS 系统之后,团队收集了大量可验证的资讯,例如:距离内陆数英里处 3.4 级地震造成的移动,已知但未绘製的海湾断层图,以及暗示地震活动的水运动模式。

Lindsey 说,最棒的是,你甚至不需要在整条电缆附加设备或中继器。「你只要走到现场,把仪器连接到光纤的末端便搞定。」他表示。